JP5405477B2 - 車両タイヤの圧力とプロファイル深さを決定する方法 - Google Patents

Description

この発明は、車両に搭載される空気タイヤの圧力とプロファイル深さを決定する方法であって、車両が１組のロードセンサ配列上を通過する際に、該センサと接触状態にある該車両タイヤによって発生する力の分布の２次元パターンについての力の信号を供給する前記ロードセンサ配列によって上記の圧力を測定し、しかも該タイヤ圧力は、タイヤの製造の仕方又はホイールや車両の型に関係なく、力の分布に基づいて決定される方法で、任意であるがタイヤ圧力の表示も行う方法に関する。

車両タイヤの圧力を決定するこの種の方法は、米国特許5 396 817号明細書（特許文献１）に記載されている。この先行開示技術には、車両タイヤが上部を転がる直線配列の力センサが記載されている。
車両速度はロードセンサ配列上をタイヤが通過する際の、信号の立ち上がりと立下りより決定される。しかしながら速度の測定は、タイヤ圧力信号の側部(flanks)の傾斜に依存し、これがプロファイルの影響をうけるため、非常に不正確であった。

【０００３】
しかし、この従来技術の方法では、タイヤプロファイルによる影響を考慮されることがない。特に信号の立ち上がりはタイヤの斜めプロファイル形状、たとえば対角線上に走る斜め溝あるいは斜めに走るプロファイル溝により著しく変化し、信号は直線的な軌跡で立ち上がることはないと考えられる。
WO 2006/003467 A1（特許文献２）には車両タイヤのプロファイル深さを決定する装置と方法が記載され、弾性体手段が設けられている。これによりタイヤがその上を通過すると、弾性体がタイヤのプロファイルの中に特定の深さまで入り込み、タイヤプロファイルの中に入り込んだ弾性体手段がプロファイルの基底に接触したかどうか、あるいは測定されているタイヤのプロファイル深さが特定の最小プロファイル深さを有するかどうかを示めす。
DE 43 16 984 A1（特許文献３）は車両のプロファイル深さを自動的に決定する装置と方法に関する。この目的で、測定ラインに沿って動く三角測量装置が提供され、路面と垂直な角度で放射される測定光線によりタイヤのプロファイル表面が測定される。このとき、該タイヤの回転方向は該測定装置により作られる垂直部分と平行である。
【先行技術文献】
【特許文献】

【０００４】
【特許文献１】米国特許5 396 817号明細書
【特許文献２】 WO 2006/003467 A1
【特許文献３】 DE 43 16 984 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】

【０００５】
そこで本発明の目的は、車両空気タイヤの圧力およびプロファイル深さの測定方法であって、タイヤプロファイル深さの影響を圧力測定中に可能な限り低減でき、かつ該タイヤプロファイルを正確に表示することができる方法を利用可能にすることにある。
本発明の別の目的は、三角測量法に基づくプロファイル測定方法であって、測定するタイヤの転がる方向が、該三角測量装置が作り出す垂直方向部分に正確に平行でなくても、正確なプロファイル深さの決定を可能とする方法である。
本発明の別の目的は、特にプロファイル表面が濡れている場合に発生し得る拡散光や散乱光による干渉に対しより感受性の低い方法である。
最後に、本発明の目的は、当該方法が基づくところの装置上をタイヤが一回通過する間に、タイヤ全周のうちの重要な部分について、かつ、タイヤのカバー（cover of tire）の全幅について、ひいては該プロファイル表面の表面要素について、プロファイル深さを測定可能とする方法でもある。
究極的には、本発明の三角測量に基づくプロファイル深さ測定方法は、車両タイヤの圧力決定方法と組み合わせることができなければならない。この目的において、解決しなければならない問題は、一方ではロードセンサによる圧力測定は荷重がかかったタイヤの部分について理論的に行われなければならず、他方ではすでに述べたとおり、プロファイル深さは車両タイヤの荷重がかからない部分について行われなければならないことである。
【課題を解決するための手段】

本発明は請求項１に記載の特徴を有する方法を教示する。また従属クレームでは本発明の有利な展開が主題である。

【０００７】
本発明の請求項に記載の車両に搭載される空気タイヤの圧力とプロファイル深さを決定する方法では、車両が１組にロードセンサ配列上を通過する際に、該センサと接触状態にある該車両タイヤによって発生する力の2次元分布の力の信号を供給する前記ロードセンサ配列によって上記の圧力を測定し、しかも該タイヤ圧力は、タイヤの製造の仕方又はホイールや車両の型に関係なく、力の分布に基づいて決定される、ここでは、製造の種類およびタイヤや車両の型に関係なく、力の分布によりタイヤ圧力が決定される。本発明の方法では、圧力決定の前、決定中、あるいは決定の後にタイヤのプロファイル深さが三角測量法により決定され、該三角測量がタイヤの荷重がないプロファイル部分に適用され、この目的のために測定光線の入射角度が路面に対して90度未満の角度で非荷重タイヤプロファイル部分に照射されることを特徴としている。圧力を表示する装置を提供することが適切であることもある。
【図面の簡単な説明】

車両車の移動方向Ａにおいて第一列のロードセンサが第2列のロードセンサにて対し偏って配置された、ロードセンサ配列の第一の例。 ロードセンサ配列の第二の例。 ロードセンサ配列の第三の例。 ロードセンサ配列の第四の例。 タイヤのプロファイル深さを決定するためのレーザ三角測量法による距離測定の例。

ロードセンサの配列は、好ましくは、車両の移動方向に対して相互に前後に配置された少なくとも２系列のロードセンサを有し、この中の少なくとも一列のロードセンサ配列は一列またはそれ以上のロードセンサ配列に対して、移動方向に対して直角方向にあらかじめ決められた距離だけ偏って（即ち、ずれて）配置される。しかしながら、基本的に他のいかなる圧力測定方法を用いてもよい。

本発明では、プロファイル深さが、タイヤの圧力測定を行っている間あるいは測定の後に測定されることも開示する。

タイヤの圧力とプロファイル深さは、順次配置された測定ステーションで測定される。

タイヤの圧力測定の場合、特定の寸法はロードセンサの移動方向に直角な方向の寸法より小さくなければならない。一般に、一つの列に同じロードセンサが使われる。

ロードセンサの全列の少なくとも一つのロードセンサ列において、ロードセンサの長さを少なくとも一つの追加的な列のロードセンサよりも長くすることが出来る。ロードセンサを短くすると、タイヤ圧力が高く同時に荷重が小さい場合に費やす補償作業の量を軽減される。センサを長くすると、横断溝(traverse grooves)をより良く測定できる。

全体として比較的短いロードセンサ列を複数設けることは効果があり、いっそう役に立つ情報も得ることが出来るが、必要なセンサの数が増え、またそれに関連した値段が増える。しかしながら一層利用価値のある情報を得ることができる。

本発明請求による測定原理は、物理的な意味で、可能な限り最も長いセンサ表面（プロファイルの影響を最小にする）と、可能な限り最も短いセンサ表面との折衷である。空気圧が高く荷重が低いと、タイヤの縦方向の接触長さは非常に短くなる。接触長さがセンサ表面より短くて、追加の補償を行われないと、測定誤差が無視できなくなる。このことによりセンサ長さの採用可能な範囲が制限される。

個々のセンサ表面は可能な限り互いに接近して配置する必要があり、移動方向と移動方向に直角な方向の両方方向において端部−端部で接近することが好ましい。

センサ要素を偏って配置する結果、空間分解能を有意に損なうことなく、個々のセンサの表面の幅を、移動方向に直角な方向の実際のセンサ間距離よりも広くすることもできる。

全体として、縦方向（移動方向）溝により発生する影響を除去することができるため、高い信頼性でプロファイルの縦方向溝による破壊的な影響を最小化することができる。
この目的のために、広い範囲をカバーするロードセンサが最適である、というのは移動方向の溝がどのような場合でも検出できることになるから。

第一系列のロードセンサの信号の場合と第二系列の信号の場合の重心を次式により計算するコンピュータユニットを備えると有利であり、

（ここでI_pは位置ｐにおける強度であり、重心Ｐ_ｔは時刻ｔに通過する。）
第２列のロードセンサの重心Ｐ_ｔ２と第１列のロードセンサの重心Ｐ_ｔ１との差から、速度ｖが次式により決定される。

こうして、車両の速度と加速度が2つの列の信号の時間差より非常に正確に計算ができる。

したがって、ロードセンサは同時あるいは準同時に(quasi-simultaneously)読まれることが望ましい。準同時の方法において、データは非常に早く読み込まれるため、有意の遅延や測定誤差が生じることがなく、あるいは相応の更正措置がとられる。

各センサ長上のタイヤの正確な接触長さは、力信号を長さの単位に変換し、センサ長を差し引くことにより、速度情報を用いて計算することができる。接触長さがセンサ長より短いか、あるいはセンサ長の範囲内の場合には、補正計算を行うことが適切である。多くの場合は直線補正で十分である。

速度測定はタイヤの圧力測定のためには必ずしも絶対的に必要なものではないことに注意されたい。タイヤ圧力測定は独立しておこなうこともできる。本発明で請求する速度決定方法においては、プロファイル、トー(toe)およびキャンバーの影響が低減される。

特に信号の立ち上がり側部(rising flank)の差異を考慮することにより、プロファイルの影響を可視化し考慮することができる。

特に、典型的なプロファイルが円錐形状の切り込みの場合には、プロファイル溝は特徴的信号を残す。プロファイル深さが深いと、プロファイルの溝は非常に深く広く、横方向と縦方向の両方に高い信号レベルを残す。プロファイル深さが小さくなるにつれて、プロファイル溝は狭くなり、信号の振幅が小さくなる。プロファイル深さは信号の振幅から容易に導くことができる。したがって本発明の方法では、移動方向の、および／または移動方向に直角の力の信号を利用すると、コンピュータユニットがタイヤのプロファイル深さを決定する。

本方法の追加的な機能は、車両の重量測定である。
各個のタイヤが支えなければならない荷重は、移動した距離とタイヤの幅に対する圧力測定値の積分により決定できる。車軸重量あるいは車両の総重量はその車軸の個々のタイヤの荷重あるいはその車両の個々のタイヤの荷重を加算することにより決定できる。

本方法の単純な設置例では、路面上に直接設置を行うことで、一般的には上り・下りのランプにより保護される。この方式の設置は迅速にかつ容易に実施することができるが、車軸への垂直方向の加速のために生じる不利があるけれども特に、急激な荷重変化が発生したり、あるいは車軸がセンサの一部を飛び越え、 ― センサプレートへの荷重と磨耗を増加させることに加えて、 ― 測定値のズレを増加させる。

特に測定方法の高精度化と荷重の最小化は、センサプレートを道路面に埋め込みプレート面を路面に平坦化することにより達成できる。すると、ランプあるいはそれに類似の構造に起因する車軸の垂直方向の運動は必要なくなり、タイヤや車軸に破壊的な振動は生じなくなる。

本発明はタイヤ圧力測定と、プロファイル深さ測定の組み合わせであり、好ましくはこれらの測定は車両がそれぞれの測定ステーションを通過して順次おこなわれる。この場合は例えばタイヤの圧力測定は上述した方法により測定される。プロファイル深さは走査あるいは光学的方法により測定される。例として光切断法あるいはレーザ光切断法がある。

プロファイル深さは好ましくは三角測量法により決定される。例えばレーザ三角測量法によるプロファイル深さの決定方法は他の方法と比べて、非荷重のプロファイル計測に特に適している。この方法は基本的に正しい。その理由は、本発明の方法ではタイヤプロファイルは測定光線が路面に対して90度未満の入射角度で照射され、タイヤプロファイルの測定は常に測定装置から一定距離離れた場所において行われ、そしてタイヤの跡（foot print）に規定される荷重時のプロファイル断面がプロファイル深さの決定に利用されることは決してないからである。このため本発明の測定方法においては、荷重時のプロファイルと比べて、まったく歪みのない非荷重時のプロファイル測定が常に行われ、その結果この分野に三角測量法による測定を利用することは測定値に歪みが発生しないこととなる。

プロファイル深さは光-影移行法(light shadow transition)あるいは通常の光源を用いて三角測量によっても決定することができる。

好ましくは、この種の三角測量法では、反射信号を検出するカメラのシャッタースピードと、光源、例えばレーザ、の励起時刻(activation time)を適切に同期させることもでき、このためカメラは本質的には光源の強度のみを測定し、この方法では太陽光、反射光のような妨害バックグランド光線の大部分は除去することができる。

三角測量法はタイヤ表面に対して９０°未満の角度において行なわれるべきである。
タイヤ表面が濡れている可能性がある測定の場合でも、このような角度により、測定をひどく妨げる反射がカメラで発生するのを防ぐことができる。比較的平らな角度から三角測量法を行うとこの妨害反射の影響を除かれる。

三角測量法による測定では、プロファイル深さの決定は常にタイヤ周囲の小さな部分のみで行なわれるため、同一のタイヤで複数回の測定を次々と順次に、例えば日を変えて測定を行うことさえでき、タイヤ全周にわたって検定を行うことができる。

車両タイヤに通常存在している磨耗マークは測定エラーのもう１つの原因である。
この場合２本のレーザ光線を用い、タイヤの磨耗マークを検出し測定エラーを除去することは効果的である。他の方法として、複数回の計測によってもよい。

部分的な測定を次から次と直ぐに行ってタイヤ全周の検定を完了することを可能にするために、本発明はタイヤのプロファイル深さの決定のためのタイヤ試験設備に、上記の三角測量法を統合することを開示する。その結果として、本発明では、例えばプロファイル深さとプロファイル欠陥等といった異なったプロファイルの特性が、タイヤの全周にわたって完全に測定される。

本発明の三角測量測定装置を、路面に設置の目的と該装置自体の保護の目的で、上り・下りのランプ（傾斜路）あるいは乗り越えランプ（overpass ramp）に統合することは有利である。

本発明を、以下の添付の図面を参照して詳細に説明する：

図中、移動方向は矢印Ａにより示されている。第一列１０のロードセンサ、例えば１，３，５・・・は第二列２０のロードセンサ、例えば２，４，６・・・に対して移動方向に対して直角方向に長さＸだけ偏って配置されている。二つの列１０，２０にタイヤが接触する際の移動速度により作られるスキュー（ゆがみ）は移動速度を決定するために利用される。この方法の利点は、一つの列に必要なセンサの数が従来技術で必要であった数で足りることであり、その上に速度情報を得ることができるという追加の利点がある。複数のロードセンサは電気的に直列接続されるのではなく、同時あるいはデータ処理の観点から同時に読まれる。

センサ表面はお互いに重ならないように、相互に十分な距離で配置されなければならない。センサ表面間の狭い隙間では計測は行われない。

この偏り配置によって個々のセンサ表面の長さを、各ロードセンサ間の間隔の2倍まで長く即ち広げることが可能となる。その結果、分解能を有意に損なうことなく、タイヤプロファイルの妨害的影響をはっきりと除去することができる。

図２は、ロードセンサが移動方向Aとそれに直角な方向の両方において端部どうしかつ側部どうしが隣接して配列された2つの列１０’,２０’の配列例である。
図１に示された実施形態にある狭いギャップはその結果完全に取り除かれており、縦方向溝の影響を測定でき、任意であるが必要なら補正することが可能である。

図３は、ロードセンサの第１列１０”と、ロードセンサの第２列２０”が移動方向に異なった長さを有するロードセンサ配列の例である。
この配置によりプロファイルの影響を顕著に減らすことができる。そして軽荷重で高圧力のタイヤの実際の接触長さを正確に測定することができる。

図４は等しいセンサ長さを持ったロードセンサの3つの列10''', 20''', 30'''からなるロードセンサ配列の例を示す。ロードセンサの列を2列以上設けることは、絶対的に有利である。これにより得られる重複した情報のために、結果は一層信頼性が増す。しかしながらこの種のタイプの配列は価格も相応に高くなる。

ロードセンサ配列の別の変形も可能である。重複する情報が必要な場合、4つもしくはそれ以上の列のロードセンサを設けることだって可能で、その場合に各列のセンサ長さは同一でも異なってもよい。図面では二つの列がセンサ幅の1/2幅だけ偏って配置されている。しかしながら他のタイプの偏り量、例えばセンサ幅の1/4の偏りあるいはセンサ幅に対するいかなる割合の偏りも可能である。

図５はプロファイル深さを決定するために使用するレーザ三角測量法による距離測定の例を示す。

図５では
Δ_PT 測定すべきプロファイル深さ
Γ_A タイヤの外径
x_Lq タイヤの該表面との接触点から光源（レーザ）までの水平距離
α 接線角度
β カメラ角度
γ レーザ角度
x_K タイヤの接触点からカメラまでの水平距離
S_A = (x_A/y_A) タイヤ接触面上の測定点
S_PT = x_PT/y_PT) タイヤのプロファイル溝内の測定点
Δ_E 対象の平面に生じた偏り

カメラは 位置(x_K/0) より角度βで測定対象を見る方向であり、光源は位置(x_Lq/0)より角度γで見る方向である。

対象の平面内の距離Δ_E は、画像面内においては距離 Δ_Pix となる。これらの距離はお互いに比例関係にある（インターセプトの定理）。距離の差、Δ_Pixおよび Δ_E、の評価により、距離 Δ_PTは以下のように決定することができる：

Δ_Pix から Δ_E への変換は、使用したレンズの焦点距離とピクセルスペーシングにより変換される。

上記の説明、図面および特許請求の範囲に開示した発明の特徴は、個別にあるいはいかなる望ましい組み合わせにおいても、本発明を実現するのに不可欠であり得る。

Claims (5)

1. 車両に搭載される空気タイヤの圧力とプロファイル深さを決定する方法であって、
   車両が１組のロードセンサ配列上を通過する際に、該ロードセンサ配列と接触状態にある該車両タイヤによって発生する力の分布の２次元パターンについての力の信号を供給する前記ロードセンサ配列によって上記の圧力を測定し、しかも該タイヤ圧力は、タイヤおよび車両の製造又は型に関係なく、力の分布に基づいて決定される方法において、
   該タイヤのプロファイル深さが、レーザ、光-影移行または標準的な光源を用いて三角測量法により決定され、
   三角測量がタイヤの加重を受けていない部分に非接触で用いられ、このために該加重を受けていないタイヤプロファイルに照射される測定光線の入射角が路面に対して９０度未満の角度であり、
   前記カメラと前記光源とが測定するタイヤの表面に対して前方向に並んで配置され、
   前記カメラにて撮像した画像面内の距離Δ _pix が、使用したレンズの焦点距離とピクセルスペーシングとを用いて対象平面内の距離Δ _E に変換され、
   前記プロファイルの深さが、タイヤの測定箇所における接線角度α、カメラ角度β、及びレーザ角度γを用いて、下記式（１）
   プロファイルの深さ＝Δ _E ・ｃｏｓ（γ−（１８０°−α））／ｓｉｎ（γ−β） （１）
   で表させる
   ことを特徴とする、方法。
2. 請求項１に記載の方法において、バックグランド光線を阻止するために、カメラのシャッタースピードと、レーザ光源の励起時刻とを同期し、前記カメラが本質的に前記光源からの強度のみを測定することを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、前記三角測量がタイヤ表面に対して90度以下の角度で行われることを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、同一のタイヤについての多数回の測定を、タイヤ表面全体の検定のため、あるいは磨耗マークの影響除去のために、行うことを特徴とする方法。
5. 請求項２に記載の方法において、少なくとも２本のレーザ光線で前記測定が行われることを特徴とする方法。
   
   

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